Особенности молекулярного строения жидкостей. Поверхностные явления. Гидростатика

Связь с последующей деятельностью

Изучение курса «Биофизика»:
Гемодинамика
Биофизика дыхания

Практическое применение:
1. Пульмонология
2. Гематология

Давление силы на поверхность

Начальные понятия:

Сила давления на
поверхность
независимо от
природы силы:

перпендикулярна
поверхности тела
в любой

Жидкости

Характер теплового движения молекул жидкости.
Силы взаимодействия между молекулами велики

Свойства жидкостей:

1. Сохраняют

Идеальная жидкость:

1. Изотропность всех физических свойств

2. Абсолютная несжимаемость

3. Абсолютная текучесть
(отсутствие сил

Внутри жидкости

Силы, действующие на частицу со
стороны других частиц компенсируют
друга →

Поверхность жидкости ведет себя
подобно пленке из упругого материала,
стремящейся максимально уменьшить
площадь

Поверхность жидкости

Мыльная пленка (Н2О + ПАВ):

Рамка

Подвижная
перемычка

Мыльная
пленка

Сила F поверхностного натяжения, действующая на

Следствия:

1. Состояние невесомости → поверхность жидкости –
сфера (минимальная площадь поверхности

3. Поднятие жидкости в капиллярной трубке:

Жидкость плотностью ρ,
абсолютно смачивающая
поверхность капилляра

Капилляр с

Гидростатическое давление столба жидкости:

Следствие:

на тело, погруженное
в жидкость (газ)
действует суммарная
сила гидростатического
давления (сила

Закон Паскаля

Давление, производимое на поверхность жидкости
(газа), передается во все точки жидкости

Суммарное «внутреннее» давление –
избыточное над атмосферным.
Измеряется манометром.

Атмосферное давление измеряется барометром

Абсолютное

Абсолютное давление
(основное уравнение
гидростатики):

Пример:

абсолютное давление
на глубине h в водоеме

«Внутреннее» гидростатическое
давление:

«Внешнее» атмосферное
давление:

Для течения (движения) жидкости (следствия)
необходим источник энергии (причина)

Рельеф местности

Источник

Потребитель

Источник: потенциальная

Общая гидродинамическая схема

Источник
энергии
(насос)

Потребитель

Трубопровод

Сердце

Орган 1

Артериальная часть

Орган 2

Орган i

Венозная часть

сечение 1

сечение 2

S1

S2

Участок трубы с идеальной жидкостью

Уравнение
неразрывности струи
(следствие несжимаемости):

v –

1. рст. – статическое давление на выделенное сечение
«снаружи», связанное с

«источник»

«остаток системы»

Трубопровод

рст.1 – статическое давление со стороны «источника»

рст.2 – статическое

3. рГС – гидростатическое давление, связанное с
положением сечения относительно условного

Уравнение Бернулли (закон сохранения энергии):

Трубопровод

Жидкость идеальная →
→ нет потерь давления:

Реальная жидкость - модель природной жидкости,
характеризующаяся изотропностью всех физических
свойств,

Слой жидкости,
движущийся быстрее,
ускоряет более медленно
движущийся слой, и наоборот.

Взаимодействие слоев жидкости, движущихся
с

Закон Ньютона для вязкого трения:

– коэффициент динамической вязкости

Численно равен силе

Ньютоновские жидкости:

Неньютоновские жидкости:

Сила Стокса

ρЖ

m

– сила Стокса

Для шарика радиуса r:

Течение ньютоновской вязкой жидкости
по круглой гладкой трубе с жесткими стенками

Заданы:

длина трубы

Задачи:

Описать распределение скоростей частиц жидкости
по сечению трубы: найти зависимость скорости
частиц жидкости

Уравнение Пуазейля:

2. Определить расход жидкости через трубу

Причина

Следствие

Общее свойство
жидкости и трубы

RГ –

Трубопровод

Идеальная жидкость:

ризб.1 – давление в сечении 1;

ризб.2 – давление в сечении

Аналогия с передачей электроэнергии ЭЭ

Источник напряжения

Приемник ЭЭ резистор R

ЛЭП r =

Для произвольных труб (сосудов):

– выполняется качественно:

Ламинарное течение
(слоевое)

Траектории отдельных
частиц не пересекаются

Турбулентное течение
(вихревое)

Траектории вихревые,
пересекают друг друга

Характер течения

Reкритическоекруглые = 2300

Re кровикритическое = 970 ± 80

Общие выводы:

«Движущей силой» течения